Strings sollen die Welt im Innersten zusammenhalten: Auf der Suche nach einer Theorie, die die Gravitation und die Kräfte im Reich der Atome einheitlich beschreibt, stießen Physiker zu Beginn der achtziger Jahre auf winzige, in sich geschlossene Fäden aus Energie. Diese Strings sollen wie angezupfte Saiten schwingen, wobei die Schwingungsform darüber entscheidet, als welches Elementarteilchen der String erscheint. Strenggenommen sind die Elementarteilchen etwa Quarks und Elektronen also gar nicht elementar. Allerdings funktioniert diese Theorie nicht in unserer vertrauten Welt mit drei Raumdimensionen und der Zeit, sondern erfordert neben der DIMENSION der Zeit zehn Raumdimensionen. Nach anfänglicher Euphorie schien die String-Theorie in eine Sackgasse zu laufen, weil es zu viele Varianten von ihr gab und nicht zu entscheiden war, welche zutrifft. Seit man statt der Fäden winzige Membranen postuliert, geht die Forschung wieder voran. Die Elementarteilchen kann man sich dabei wie flatternde Miniatur-Teppiche vorstellen. Doch was ist mit den sieben zusätzlichen Raumdimensionen neben den vertrauten Dimensionen der Länge, Breite und Höhe? Leben wir wirklich in einer elfdimensionalen Welt? Und wieso merken wir nichts von den anderen Dimensionen?
Weil sie, so die Idee, in sich „aufgerollt” sind, ähnlich wie ein Blatt Papier zu einer Röhre gerollt werden kann. Für unseren Alltagsverstand ist das kaum zu begreifen. Aber eine Analogie kann die bizarre Situation vorstellbar machen: Aus der Sicht einer Seiltänzerin ist das Hochseil das für den aufgerollten Raum steht –, auf dem sie sich tastend vorwärts bewegt, nur eine dünne, eindimensionale Linie. Ein Floh auf dem Seil dagegen glaubt, sich auf einer Fläche zu bewegen. Ähnlich ist es bei den zusätzlichen Dimensionen der String-Theorie: Daß wir sie nicht bemerken, liegt daran, daß ihre Krümmung extrem winzig ist – kleiner als ein Atomkerndurchmesser.
Doch das muß gar nicht sein, behaupten jetzt die amerikanischen Theoretiker Nima Arkani-Hamed, Savas Dimopoulos und Georgi Dvali. In ihrer neuen Theorie sind die Räume umso stärker gekrümmt, je mehr es davon gibt. Existieren insgesamt fünf Raumdimensionen, so liegt die Krümmung im Bereich von einem Millimeter. Gibt es neben der Zeit wirklich zehn Raumdimensionen, so sind sie allerdings kleiner als ein Atomkern zusammengerollt. Auf dieser Skala, so Arkani-Hamed, müßten sich diese für uns unsichtbaren Dimensionen bemerkbar machen.
Die Schwerkraft bietet eine Möglichkeit, die bizarre Wirklichkeit des höherdimensionalen Mikrokosmos zu enthüllen. Sie wirkt nach der String-Theorie nicht nur in unserer Welt, sondern in allen Räumen. Daraus haben die Forscher geschlossen, daß das von Isaac Newton 1687 entdeckte GRAVITATIONSGESETZ, wonach die Schwerkraft quadratisch mit der Entfernung zwischen den Körpern abnimmt, auf den winzigen Skalen der Extradimensionen nicht mehr stimmt. Bei fünf Raumdimensionen beispielsweise müßte sie mit der vierten Potenz des Abstandes abfallen. Bislang haben Wissenschaftler Newtons Gesetz nur bis zu einem minimalen Abstand von eini- gen Zentimetern gemessen.
Eine der letzten Präzisionsmessungen stammt von der Arbeitsgruppe um Heinrich Meyer an der Universität Wuppertal bei Abständen zwischen 0,5 und 4 Metern. Jetzt haben Physiker an mehreren Instituten neue Experimente aufgebaut, mit denen sie bis in einen Bereich von etwa einem zehntel Millimeter vorstoßen wollen. Dabei helfen sollen beispielsweise winzige Drehpendel, die von Massen in der Umgebung angezogen werden und in Schwingungen geraten. Variiert man den Abstand zwischen Pendel und Massen, kann man das Gravitationsgesetz überprüfen. Problematisch hieran sind die in geringen Abständen auftretenden elektrischen Kräfte, die sich der schwachen Gravitation überlagern. Erste Experimente bei Abständen von einigen zehntel Millimetern hat die Gruppe um Eric Adelberger von der University Washington gemacht. Bislang wurden keine Abweichungen vom Newtonschen Gesetz gemessen.
Ein Teilchenbeschleuniger eröffnet eine andere Testmöglichkeit. Werden darin zwei Partikel aufeinander geschossen, entsteht in dem energiereichen Feuerball eine Schar neuer Partikel. Oberhalb einer bestimmten Energie sollten sich auch GRAVITONEN bilden, die für die Übertragung der Schwerkraft sorgen. Da die Gravitation in allen Dimensionen wirkt, könnten einige dieser Gravitonen aus unserer Welt in andere Dimensionen entfliehen und wären somit unsichtbar. Ein Physiker, der einen solchen Teilchenzusammenstoß analysiert, würde dann feststellen, daß die Summe der Energie aller in der Kollision entstandenen Teilchen kleiner ist als die der beiden ursprünglichen Partikel.
Es wäre scheinbar Energie verloren gegangen. Wissenschaftler am Tevatron-Beschleuniger des Fermilab bei Chicago haben bereits damit begonnen, ihre Daten nach einem solchen Ereignis abzusuchen bislang ohne Erfolg. Allerdings ist damit auch kaum zu rechnen, da die Teilchenenergien im Tevatron vermutlich zu gering sind. Die Physiker hoffen nun auf die nächste Generation der Beschleuniger wie den Large Hadron Collider am CERN in Genf. Er soll in fünf Jahren mit den Messungen beginnen.
Thomas Bührke
